知识分享 | 用应变片测定材料的热膨胀系数

当温度发生变化时，每个四分之一桥应变片记录一个测量信号，即“表观应变”。应变片测量点暴露在温差Δϑ下的表观应变可描述为：

符号解释：

在HBM所有应变片包装上，都有一个表观应变与温度之间的函数。当然，只有当被测材料的线性膨胀热系数与应变片组上的数据相匹配时，这些数据才会给出有意义的结果。以下内容适用于：

公式 2

测定线膨胀热系数 α

如果要测定热膨胀系数αm，表观应变可很好地用于此目的。在这种情况下，可以使用以下公式：

公式 3

推导得出：

公式4

符号解释：

在实际试验中，我们将四个匹配钢的LG11-6/350 (α=10.8 10-6/K) 应变片安装在铝件上。四线制电路被用来消除电缆的影响。根据制造商提供的材料数据：

T= 0 … 100°C 时，α=23.00 *10-6/K

表1 适配铝的应变片测量结果

图1 测定铝的热膨胀系数

如果计算指定温度间隔的αm，则得到23.19 *10-6/K, 与理论值0.19 *10-6/K (0.84%) 的偏差。为了进行实验，首先需要在被测物体上安装几个应变片（以获得实验的可靠性）。必须在测量栅丝方向上平坦黏贴。

在下一步中，根据温度确定应变。必须注意确保建立热平衡。首先计算εa-εs。要确定线性膨胀的热系数，将两个计算值（εa-εs）相减，然后除以相应的温度间隔。然后必须将符合组件数据的热膨胀系数αDMS 代入。

例：在20度到40度之间，热膨胀系数计算如下（采用公式4进行计算）：

公式 5